后悬架多轴疲劳寿命预测

以鹅卵石强化路面的道路载荷为边界条件,考虑材料弹塑性变形,对汽车后悬架进行瞬态动力学有限元分析,利用传统的应变寿命法计算得到后悬架单轴疲劳寿命,对应力-应变时间历程的二轴性分析表明:汽车后悬架局部危险区域承受多轴非比例载荷.基于多轴疲劳理论,考虑了材料的非比例强化的影响,分析了裂纹形式,选用基于临界面法的Bannantine模型和Wang-Brown模型预测了后悬架的多轴疲劳寿命,并与单轴疲劳寿命分析结果进行了比较,研究发现,在非比例循环载荷下,疲劳寿命将大大减少,按常规的单轴疲劳寿命估算方法,将给出偏于危险的预测.     

采用等效载荷的装甲车辆扭力轴疲劳可靠性评估

为了评估扭力轴在随机载荷作用下的动态疲劳可靠性,提出了一种基于疲劳可靠性异量纲干涉模型的扭力轴动态疲劳可靠性评估方法。将实测扭力轴载荷频次谱进行分布拟合,生成随机载荷历程,利用雨流计数法获得载荷幅值、均值和循环次数,经平均应力修正后统计极值载荷分布,构建等效输入应力谱,避免了多次载荷等效的统计分析;基于材料P-S-N曲线,应用样本集聚原理建立疲劳寿命概率分布连续模型,实现变幅应力疲劳寿命的连续表达。对某扭力轴疲劳可靠度的分析结果表明:在寿命为15×104 km时,计算的扭力轴疲劳可靠度与文献方法计算结果相对误差小于2%,扭力轴疲劳可靠度的50次和10 000次仿真结果的变异系数均小于1%。     

汽车悬架承载梁焊接结构疲劳分析

为了有效地评估悬架承载梁的疲劳寿命,研究了焊接结构的疲劳测试与分析方法,提出了与CAE相结合的载荷谱测点合理布置原则。基于应变测试技术,合理布置测点,采集承载梁关键点的道路载荷谱,将三向应变花的载荷数据合成和获取动态signed VonMises应力;基于焊接结构的等级划分理论,研究了焊接结构性能相关的参数构成,最终确定了悬架承载梁结构的S-N曲线;基于雨流计数方法和损伤累计理论,实现了疲劳寿命的预估,获取了实车室内可靠性试验中悬架承载梁的考核结果;基于损伤评价理论进行了与室内可靠性试验结果的对比,形成了一套完整的基于实测载荷谱数据的焊接结构疲劳分析方法。研究结果表明,该疲劳分析方法和流程能够有效预测焊接结构的疲劳寿命。     

基于虚拟试验场的后悬架疲劳分析

利用虚拟试验场技术建立耐久性强化路面和整车有限元模型,考虑轮胎的结构非线性因素、轮胎和路面的接触非线性以及橡胶连接件的刚度和阻尼特性等传统计算机辅助分析常使用的人为假定,通过显示时间积分获得道路载荷.基于弹塑性材料模型对后悬架施加道路载荷得到其应力应变历程,应用应变寿命法预测疲劳裂纹萌生寿命,并考虑了平均应力对疲劳寿命的影响.     

矿用清障车托举机构疲劳寿命分析及结构优化

研究矿用清障车托举机构的疲劳寿命,并针对传统经验设计下的结构进行优化设计.采用多体动力学和有限元联合仿真的方法,建立整车刚柔耦合动力学模型,将仿真获得的载荷时间历程作为托举机构疲劳分析的随机载荷谱,利用S-N方法对托举机构进行疲劳寿命预测.结果显示,机构最小疲劳寿命为4.54×106次(相当于4.3年),对于需要长期运作的矿用车来说该值偏小.进而采用基于变密度法的拓扑优化方法以静态多工况刚度和动态低阶固有频率为目标对托举机构进行优化设计,获得了最优的臂架拓扑图,再对托举机构进行尺寸优化,依据优化结果完成新托举机构的设计.最后与原托举机构的强度和疲劳寿命进行比较,结果表明,优化后的托举机构强度和疲劳寿命分别改善了11.7%和521%.     

扭力梁疲劳寿命与减振器阻尼关系的研究

为了研究扭力梁式悬架中扭力梁疲劳寿命受减振器阻尼的影响关系,首先基于物理机理建立了减振器阻尼力与阀片厚度、阀片片数等结构参数之间的数学模型,反映减振器的工作特性;基于减振器结构参数的灵敏度分析确认减振器阻尼特性调节方法;建立刚柔耦合的整车四立柱模型,并通过实验验证模型的准确性;在此基础上,将减振器模型应用于刚柔耦合的扭力梁汽车整车四立柱模型中,根据调节方法改变减振器结构参数,分析不同阻尼特性下扭力梁的疲劳寿命,得到扭力梁疲劳寿命-减振器阻尼特性关系曲线。研究结果表明:减振器阻尼特性调节方法与企业的实际调节措施一致,并且在兼顾安全性和平顺性的阻尼系数范围内,随着阻尼系数的增大,扭力梁最小疲劳寿命随之增大,而当到达一定的阻尼系数之后,阻尼系数的变化对扭力梁疲劳寿命几乎不产生影响。     

一种双悬臂梁柔性销轴的微动疲劳研究

大型齿轮增速箱的行星齿轮轴常采用过盈配合的双悬臂梁柔性销轴结构,而该处的过盈配合结构易产生微动疲劳.通过理论计算获得有效过盈量的最值,再利用有限元软件Abaqus模拟柔性销轴的弯曲受载过程,分析弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度3个因素对接触应力、摩擦剪切应力以及滑移幅值的影响情况,探究各因素对微动疲劳损伤的影响程度,并使用SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法对销轴结构的疲劳寿命S-N曲线进行预测.对多组试件进行弯曲载荷疲劳加载试验,获得柔性销轴试验S-N曲线,并分析了试验后的构件表面微动疲劳损伤形貌.研究结果表明:弯曲载荷对疲劳寿命的影响大于过盈量的影响,也大于渗碳层深度的影响.采用SWT法预测的疲劳寿命与由试验获得的疲劳寿命吻合得较好.因此,在工程设计中可采用数值仿真分析对柔性销轴的疲劳寿命进行辅助校核.     

基于虚拟试验台的疲劳寿命预测研究

介绍了疲劳预测的一般流程,在LMS.Virtuallab中建立了某轿车后桥及悬架系统的多体动力学模型,引入了虚拟试验台概念,借助于实车道路载荷谱和有限元分析成功地进行了后桥的疲劳寿命预测,用室内台架试验值验证了仿真计算的结果.结果表明,此方法可以有效地预测系统内受力较为复杂部件的疲劳寿命.     

车身疲劳载荷识别与应用

为提高整车载荷识别精度和车身疲劳寿命预测精度,提出应用改进的振动系统传递函数估计算法结合虚拟迭代计算方法,以提高整车输入载荷识别精度和车身疲劳寿命预测精度。首先,应用道路载荷测量车进行整车试验场耐久性强化试验道路载荷信号采集,建立满足工程精度要求的整车刚柔耦合多体动力学模型。在整车振动系统传递函数矩阵识别中,利用改进的估计算法消除输入载荷和响应载荷中随机干扰信号的影响,然后应用整车动力学模型进行输入载荷的虚拟迭代计算,获得比H1估计方法更准确的输入载荷。最后,将虚拟输入载荷导入白车身有限元模型中进行寿命预测计算,并应用整车四通道道路模拟试验进行白车身疲劳寿命试验来验证提出的寿命预测计算的准确性。结果表明,仿真预测结果与试验结果基本一致,说明所应用的改进估计算法和虚拟迭代计算方法可以获得更加准确的整车输入载荷,提高车身疲劳寿命预测的精度。     

基于动态剩余S-N曲线的线性疲劳寿命预测模型

为估算结构在变幅载荷下的疲劳寿命,在动态剩余S-N曲线的基础上,结合材料的退化规律,对材料受载过程中的累积疲劳损伤进行了量化,提出了一种预测变幅载荷下线性疲劳损伤预测模型。根据热轧16Mn钢和20Cr2Ni4A标准圆柱齿轮多级载荷下疲劳寿命试验数据,对提出模型的疲劳寿命预测能力进行了验证。结果表明：基于强度退化的线性疲劳寿命预测模型相对传统Miner法则和材料记忆退化累积模型的预测结果更接近试验结果,具有较高的预测精度。     

柔性结构疲劳寿命的预测方法

讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.     

橡胶衬套对扭力梁悬架运动特性的影响分析

鉴于衬套对悬架和整车性能影响较大的原因,以扭力梁后悬架的斜置橡胶衬套为研究对象,设衬套静态特性试验结果为逼近目标,运用自适应响应面法对衬套橡胶本构关系的3阶减缩Yeoh多项式系数进行优化识别,基于优化系数构建精确衬套模型并建立新的约束与加载条件,在ABAQUS中求解得到绕轴向的三向刚度,实现了衬套全六向刚度的重构;进一步建立扭力梁后悬架运动特性仿真试验台,对影响仿真响应结果较大的衬套三轴向刚度进行全因子试验设计,将所得优化结果同悬架运动特性主要评价指标进行比较后可知,行驶平顺性等得以改善,而优化前后的外倾角顺从性变化不大,即衬套对扭力梁悬架外倾角变化影响很小.     

基于疲劳寿命的多体结构优化方法研究

针对某型运输机前起落架,通过运用MSC工程软件,建立了一套基于疲劳寿命的多体结构优化方法。该方法首先通过多体动力学仿真,获得前起落架的工作载荷历程。然后应用有限元和疲劳分析进行联合求解,预测前起落架的疲劳寿命。而后根据预测结果,找出部件结构的最薄弱环节,并应用结构优化方法对结构细节进行优化处理,使结构薄弱环节的疲劳寿命提高,从而达到延长整个多体结构疲劳寿命的目的。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

CFL增强RC梁疲劳寿命的试验推定

在对5组23根碳纤维薄板(CFL)增强RC梁(1 850mm×100mm×200mm)进行常幅弯曲疲劳试验的基础上,探讨了增强梁的跨中挠度、载荷循环次数、载荷等级以及疲劳寿命等变量之间的关系,得到了一组相应的线性关系式.据此提出了一种预测CFL增强RC梁疲劳寿命的新方法:在指定的疲劳载荷水平下,只需对CFL增强RC梁实施一些非破坏性的少量循环载荷试验(载荷循环次数推荐值为10~1 000),就能够较好地预测该载荷条件下CFL增强RC梁的疲劳寿命.     

城轨列车转向架铝合金焊接枕梁的抗疲劳设计

以城轨列车转向架铝合金枕梁为研究对象,基于Miner线性累积损伤理论和NASA小载荷S-N曲线延伸法,对枕梁主要焊缝进行了疲劳寿命评估.依据线路实测数据得到枕梁的载荷工况,设计了枕梁的疲劳试验方案.对没有通过疲劳试验的区域,采取了优化连接筋板厚度和减小应力集中等措施.结果表明铝合金枕梁新结构能够满足疲劳寿命要求.     

混凝土泵车疲劳寿命预测方法

为了探索频域法在混凝土泵车疲劳寿命预测中的应用,以某48 m混凝土泵车为例,现场实测了臂架结构危险部位的随机载荷谱,并对该焊接结构进行了室内疲劳试验。结合试验数据,分别应用频域法和时域法计算出了泵车结构危险部位的疲劳寿命。结果表明:采用Dirlik概率模型的频域法能较好地反映随机载荷下泵车臂架结构的疲劳寿命,频域法与时域法计算结果相对误差仅为8%左右。     

基于有限单元法的裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了准确预测裂纹梁结构的疲劳寿命,提出一种裂纹梁结构的振动与疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,基于有限单元法建立裂纹梁结构的动力学模型;然后,根据裂纹梁单元的特点,推导裂纹梁单元的应力强度因子表达式,在此基础上应用Walker方程建立疲劳裂纹扩展增量计算式,再基于振动响应与裂纹扩展循环同步分析法,计算疲劳裂纹扩展寿命;基于该疲劳寿命预测模型,分析激振频率、激振力幅值和应力比对裂纹梁疲劳寿命的影响;最后,对裂纹梁进行疲劳试验,将试验测量结果与模型计算结果进行比较,验证所提出模型的准确性。研究结果表明:提出的疲劳寿命预测模型较好地表征了疲劳裂纹扩展寿命与其结构参数之间的内在关系,反映了振动对裂纹梁结构疲劳寿命的影响;随着激振频率接近固有频率,裂纹扩展速率增大,裂纹梁的疲劳寿命明显降低;随着激振力幅值增大,裂纹梁的应力强度因子幅增大,疲劳裂纹扩展寿命降低;随着应力比增加,裂纹梁的疲劳寿命显著提高。     

基于时域波形再现技术的车架焊缝疲劳寿命研究

为从试车场载荷谱中提取动载荷以准确预测车架焊缝疲劳寿命,采集试验车辆关键位置在试车场道路的时域载荷;对车架柔性化处理后,利用动力学分析软件LMS Virtual Lab搭建整车刚柔耦合多体动力学模型;基于时域波形再现技术,对目标信号进行虚拟迭代,求得目标位置垂向位移驱动信号;将驱动信号输入整车刚柔耦合多体动力学模型,分解关键连接点的动态载荷谱;基于线性疲劳累积损伤理论和Volvo法,结合目标连接点的动态载荷谱,预测目标位置焊缝的疲劳寿命;通过优化第三横梁和纵梁的连接形式使焊缝疲劳寿命提升近4倍。     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命.通过ADAMS软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱.根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力.采用断裂力学、雨流法和Miner疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式.在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.